【文章內(nèi)容簡介】 hn Teller效應。將表面修飾與摻雜結(jié)合無疑能進一步提高材料的電化學性能，相信會成為今后對尖晶石型錳酸鋰進行改性研究的方向之一。錳酸鋰的生產(chǎn)主要以 EMD 和碳酸鋰為原料，配合相應的添加物，經(jīng)過混料，燒成，后期處理等步驟而生產(chǎn)的。從原材料及生產(chǎn)工藝的特點來考慮，生產(chǎn)本身無毒 害，對環(huán)境友好。不產(chǎn)生廢水廢氣，生產(chǎn)中的粉末可以回收利用。因此對環(huán)境沒有影響。目前動力類材料的主要指標為：可逆容量在 100~115 之間，循環(huán)性可達到 500 次以上仍保持 80%的容量。磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，自 1996 年日本的 NTT 首次揭露 AyMPO4(A 為堿金屬，M 為 CoFe 兩者之組合:LiFeCOPO4)的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后, 1997 年美國德克薩斯州立大學 John. B. Goodenough 等研究群，也接著報導了LiFePO4 的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。逐漸成為國內(nèi)外新的研究熱點。初步研究表明，該新型正極材料集中了 LiCoOLiNiOLiMn2O4 及其衍生物正極材料的各自優(yōu)點：不含貴重元素，原料廉價，資源極大豐富；工作電壓適中（） ；平臺特性好，電壓極平穩(wěn)（可與穩(wěn)壓電源媲美） ；理論容 量大（ 170mAh/g） ；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能極佳（O 與 P 22 / 71以強共價鍵牢固結(jié)合，使材料很難析氧分解） ；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時體積縮小，與碳負極材料配合時的體積效應 好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容性好，儲存性能好；無毒，為真正的綠色材料與LiCoOLiNiOLiMn2O4 及其衍生物正極材料相比，LiFePO4 正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢，可望成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。該材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應用對降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義，將使鋰離子電池在中大容量 UPS、中大型儲能電池、電動工具、電動汽車中的應用成為現(xiàn)實。但磷酸鐵鋰必然也有缺點的存在。一直以來，磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點一直受到人們的忽視和回避，尚未得到解決，阻礙了材料的實際應用。鈷酸鋰的理論密度為 ，商品鈷酸鋰的振實密度一般為 ；而磷酸鐵鋰的理論密度僅為 ，本身就比鈷酸鋰要低得多?？梢宰鲆粋€大致估算：磷酸鐵鋰電池單位重量能量接近 100 Wh/kg, 假設(shè)汽車有 200 公斤的電池重量預算，即可支持 20 kWh 的電池容量。而 噸左右的緊湊型汽車(按軸距分屬 A 級轎車)百公里耗電量大致是 12 kWh。在每天充電的情況下，20 kWh 的電池容量可以持續(xù)駕駛 1 個半小時左右，保守估計駕駛距離達到 100 到 150 公里。目前家庭平均年駕駛公里數(shù)大致是 2 萬公里，即使按 200 工作日算的話，每天平均駕駛距離是 100 公里。 比23 / 71亞迪 F3e 純電動汽車電池容量 38 kWh, 據(jù)稱可持續(xù)駕駛 300400 公里。 　項目 一般鋰離子電池 磷酸鐵鋰電池 鎳氫電池標準電壓 或 單位質(zhì)量容量 150mAh/g 140mAh/g 80mAh/g單位重量能量 90~150Wh/kg 80~120Wh/kg 50~60Wh/kg單位體積能量 280~300Wh/L 220~240Wh/L 200~220Wh/L循環(huán)壽命 80%,500 次 ＞80%,1000 次 ＜50%,500 次安全 有可能燃燒、爆炸 有可能燃燒、爆炸 有可能燃燒中國的磷酸鐵鋰電池技術(shù)在世界上并不落后，特別是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制造方面。美國有兩家主要的磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)商，A123 和Valence Technology，其磷酸鐵鋰原材料生產(chǎn)和電池制造基地都在中國，A123 在常州，Valence 在蘇州。A123 的產(chǎn)品廣泛運用在Black amp。 Decker 的 DeWalt 手動工具產(chǎn)品系列，目前開始為通用汽車的電動車提供電池。中國主要的磷酸鐵鋰電池制造商有比亞迪和萬向集團。比亞迪占世界鈷酸鋰電池市場的 30%，就其公布的鐵鋰電池數(shù)據(jù)來看各項指標并不落后于 A123 和 Valence Technology。萬向集團 2022 年車載鋰電池銷售額達到 1150 萬元，今年預計達到 2500 萬元。此外日本 Sanyo 和豐田都在開發(fā)此類電池。另有報道韓國 LG 也在開發(fā)此類電池。磷酸鐵鋰電池充放電效率相對高一些。在 88% 90%之間。而鉛酸電池約為 80%。磷酸鐵鋰晶體中的 PO 鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強氧24 / 71化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性?？梢钥闯鲈谡龢O材料體系下磷酸鐵鋰是較好的材料體系，但是在實際的運行過程中間以磷酸鐵鋰電池為動力的電動汽車還是出現(xiàn)一些安全問題。 （以上是國內(nèi)電動汽車遇到的安全事故）2022 年 5 月 12 日，美國國家公路交通安全管理局 NHTSA 對沃藍達進行了側(cè)面碰撞測試，作為新車評估測試項目的一部分；三周之后的 6 月初，停在 NHTSA 測試中心的沃藍達突然起火，并殃及附近其他車輛。以上問題的根本原因在于采用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子動力電池僅僅是解決了正極的安全問題。但是負極材料的安全性成為影響鋰離子動力電池安全性的主因。碳為負極的鋰離子電池，由于在充電過程中，在負極有金屬鋰的析出，形成鋰枝晶，會造成電池短路。析出的金屬鋰，和電解液發(fā)生反應，產(chǎn)生大量熱量，溫度25 / 71升到 170180 度時，會引起燃燒或爆炸。以碳材料為負極的鋰離子電池，發(fā)生惡性事故的機率始終存在。任何惡性事故都會推遲鋰離子動力電池和電動汽車的進程。除了安全隱患以外，零含鋰的負極材料做負極的鋰電池過放電能力差，不耐低溫，快充性能不好，循環(huán)壽命不夠長。由此要發(fā)展動力電池，提高動力電池的技術(shù)水平，就要改進現(xiàn)有動力電池的技術(shù)體系，致力于發(fā)展以含鋰的負極材料作為負極的復合鋰動力電池提高動力電池的安全性，提高動力電池的循環(huán)壽命，提高動力電池的低溫放電能力，提高動力電池的過放電能力，從而適應新能源革命的要求。與傳統(tǒng)鋰離子電池不同點是，傳統(tǒng)電池的負極采用碳類材料，而復合鋰電池的負極采用的是復合鋰材。負極材料使用復合鋰之后，正極材料及電解液等的選擇余地便大大增加。這樣可獲得傳統(tǒng)鋰離子電池難以實現(xiàn)的各種功能。其中最重要的特點是安全性高。即使從外部施壓，導致電池被壓爛，或者金屬片穿過電池內(nèi)部等，電池也不會破裂或起火。具有出色的快速充電性能和長壽命性能。在氣溫30℃至 60℃電池充放電性能穩(wěn)定。充電時間僅是普通鋰離子充電電池的一半左右。電池模塊的完全充放電次數(shù)方面，單個電池3000 次，是普通鋰離子充電電池的 倍以上。第三章 項目產(chǎn)品描述和市場分析一、項目產(chǎn)品描述碳作為零含鋰的負極材料在應用上存在一些弊端： 26 / 71過充電時易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電安全性能； 易形成 SEI 膜而導致首次充放電效率較低，不可逆容量較大；碳材料的平臺電壓較低(接近于金屬鋰)，并且容易引起電解液的分解,從而帶來安全隱患；在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。與碳材料相比，復合鋰電池的含鋰負極材料具有明顯的優(yōu)勢： 它為零應變材料，循環(huán)性能好；放電電壓平穩(wěn)，電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能； 與炭負極材料相比，復合鋰負極具有高的鋰離子擴散系數(shù)(為 2 *108cm2/s)，可高倍率充放電等； 復合鋰負極的電勢比純金屬鋰的高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎(chǔ)。以含鋰的負極材料為基礎(chǔ)開發(fā)出的復合鋰動力電池具有突出的優(yōu)點：其中最重要的特點是安全性高。即使從外部施壓，導致電池被壓爛，或者金屬片穿過電池內(nèi)部等，電池也不會破裂或起火。具有出色的快速充電性能和長壽命性能。在氣溫30℃至 60℃電池充放電性能穩(wěn)定。充電時間僅是普通鋰離子充電電池的四分之一。循環(huán)壽命超過 3000 次，是普通鋰離子充電電池的 倍以上。所開發(fā)的復合鋰動力電池具體性能如下：27 / 71 安全測試全部通過循環(huán)壽命超過 5000 次28 / 71可以過放電到 0V10 分鐘可以充進去 90%的電量29 / 71存儲性能好 江 西 省 福 斯 特 新 能 源 有 限 公 司常 溫 存 儲 90天 ， 容 量 保 持 率 98%每 月 自 放 電 1%， 容 量 恢 復 率 368. BTR07107 qn07138 qn07105 qn0793 379. qn07316 qn0647101062. qn0646 后前后前 容 量 恢 復 率容 量 保 持 率內(nèi) 阻 變 化電 壓初 始 容 量批 次30 / 71江 西 省 福 斯 特 新 能 源 有 限 公 司高 溫 存 儲 (60度 )7天 容 量 恢 復 10%, 60度 30天容 量 保 持 率 85%， 容 量 恢 復 率 9% 量 保持 率 存 儲 后 ，再 循 環(huán) 的內(nèi) 阻 qn012019 . qn012016 qn0546 60度 30天qn0545 qn052421 qn052420 85. 60度 7天qn052418 后前后前 容 量 恢 復率內(nèi) 阻 變 化電 壓 (V)初 始 容量儲 存條 件批 次目前復合鋰電池已經(jīng)可以規(guī)?；a(chǎn)，并在電動自行車、摩托車、電動汽車、可再生能源等諸多系統(tǒng)進行了示范應用，效果較好。二、市場分析全球儲能系統(tǒng)需求也可望隨著智能城市及綠建筑的興起而成長。根據(jù)工研院材化所與 GTM 研究機構(gòu)公布的市場調(diào)查， 2022 年再生能源儲電系統(tǒng)市場約 億美金的規(guī)模，其中鋰電池占 24%，預估2022 年將快速成長至 35 億美金，鋰電池也可望提高占有率至 40%。美國與世界范圍鋰離子電池市場狀況比較31 / 71數(shù)據(jù)來源：美國鋰離子動力電池的技術(shù)現(xiàn)狀和市場展望數(shù)據(jù)從上表不難看出，美國鋰離子電池市場平均增長率 %，高于世界鋰離子電池平均增長率 % ，這說明美國在鋰離子電池發(fā)展上做了很大的努力，從而反映了鋰離子電池的發(fā)展趨勢。未來幾年， 鋰離子電池將成電池領(lǐng)域理想的發(fā)展目標。美國鋰電池與鋰離子動力電池發(fā)展概況( US$ 百萬)32 / 71數(shù)據(jù)來源：美國鋰離子動力電池的技術(shù)現(xiàn)狀和市場展望數(shù)據(jù)從上表看出，相對于美國鋰離子電池市場 %的增長率，其中應用于混合動力汽車、插電式混合動力汽車、純電動汽車的鋰離子動力電池以 %的增長速度猛速增長，說明鋰離子動力電池在美國的市場越來越大。日本最新的綠能補助公告，日本受到國內(nèi)家用儲能系統(tǒng)補助政策的激勵，預期可創(chuàng)造出 6 百億日元的市場規(guī)模。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省 （METI） 也預估，日本因近年連續(xù)的天然災害加速城鎮(zhèn)再造， 2022 年開始儲能系統(tǒng)將有明顯成長，未來更將快速擴展至全球各主要城市，全球儲能市場潛力可期。鋰離子動力電池在電動車領(lǐng)域主要包括電動汽車和電動自行車。電動自行車方面，中國擁有世界最大的電動自行車市場，市場保有量超過 億輛。目前的電動自行車主要以鉛酸電池為主，占據(jù)了90%以上的市場，鋰離子動力電池的市場正處于成長階段。公安廳等國家四部委聯(lián)合發(fā)布了電動自行車的管理辦法，要求嚴格執(zhí)行新國標，規(guī)定電動自行車的重量不能超過 40 公斤。 《中國化學與物理電源（電池）行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出要加大鋰離子電池在電動自行車、電動摩托車、公交及小型純電動車（含低速電動車）等領(lǐng)域的推廣應用，這就使得電動自行車所用電池開始由鉛酸電池轉(zhuǎn)向鋰電池。據(jù)統(tǒng)計去年全年鋰電車的銷售量 120 萬輛，而今年預計將突破 200 萬輛，目前電動自行車年產(chǎn)銷量超過 2022 萬輛，在未來的 35 年隨著國家政策的逐步落實，電動自行車將由鉛酸電池為主變成鋰電池為主，屆時鋰電車的產(chǎn)銷量將會達到年產(chǎn) 1500 萬輛以上。33 / 71電動汽車目前處于起步階段，中國投入了巨大資金支持進行“十城千輛”以及“二十五個示范化運營試點城市”進行新能源汽車的示范推廣，目前還未走向商業(yè)化。據(jù)新能源汽車發(fā)展規(guī)劃草案透露，至 2022 年純電動和插電式混合動力汽車累計產(chǎn)銷量達 50 萬輛以上，2020 年更是 10 倍于 2022 年的市場水平，這將形成規(guī)模上萬億的新能源汽車市場。中國 2022 年 50 萬輛新能源汽車對電池的拉動為 60 億 WH 需求，90 億市值空間，每年為鋰電池貢獻 10%的復合增速，附加上電子、電動自行車的拉動，電池行業(yè)可保持 5 年 25%左右復合增長率。2022 年 50 萬輛新能源汽車對點未來相關(guān)政策將集中體現(xiàn)在三方面：一是新能源汽車免征車輛購置稅、增值稅稅率降至 13%等。二是科技資金補貼扶持研發(fā)企業(yè)，財政配套資金在 10 至 20 億元，此資金將集中于車型研發(fā)、電池技術(shù)與混動大巴補貼。三是十城千輛計劃從現(xiàn)有的 25 個城市擴大到全國。另有預測數(shù)據(jù)認為，動力鋰電池很可能在未來 10 至 20 年內(nèi)發(fā)展成一個數(shù)千億美元級別的全球市場。 三、本項目對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響及產(chǎn)業(yè)延伸